CN102158150B - 一种超低功耗电机起动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低功耗电机起动器，包括正温度系数热敏电阻器、双向可控硅、由二极管组成的整流桥、增强型场效应管，稳压二极管以及若干阻容元件。压缩机电机起动时，交流电源给电容充电，NMOS管门极有驱动电压使其导通，其导通电流触发双向可控硅导通，压缩机电机副绕组回路通电；电机起动后，电容逐渐被冲满，NMOS管门极驱动电压也逐渐降低，当驱动电压低于NMOS管的开启电压时，NMOS管漏源极关断，双向可控硅失去触发电流而关断，电机副绕组回路被断开。本发明起动结束以后整机稳态功耗小，低达毫瓦级，从而大大提高节能效率；同时电子元器件少、电路简单、工作稳定可靠、性能一致性好、抗干扰能力强。

Description

一种超低功耗电机起动器

技术领域

本发明涉及一种电机起动器，特别是一种超低功耗电机起动器，它主要用于带运行电容的压缩机电机的起动，也可用于一般单相交流电机的起动。

背景技术

参见图1，目前的制冷压缩机大多采用分相式单相异步电动机，为了使电动机能自行起动，在电动机的定子铁芯上设置了两套绕组，即用以产生主磁场的主绕组51’和用以产生辅助磁场的副绕组52’。通电后主、副磁场合成的旋转磁场切割静止转子产生一定的电磁转矩，使转子开始旋转，起动后的转子转矩将逐渐增大，当转速达到75%~80%的同步转速时，切断副绕组52’回路，电动机仍能继续旋转升速，直至达到与外阻抗转矩平衡、稳定运转。目前通常利用正温度系数热敏电阻器54’，即PTC起动器来完成起动过程，在制冷压缩机电机的副绕组52’上串联有PTC起动器，PTC起动器在常温下处于小阻值导通状态，当起动时因电流的热效应，PTC元件在短时间内温度升高，当达到居里点后，其电阻值迅速增加到几十千欧以上，此时与副绕组52’的阻抗比相当于断路，与之串联的起动绕组的电流降至十几毫安以下，这时电机起动过程完成，进入正常运转。在电机正常运转时，PTC元件中仍然有十几毫安的维持电流通过，以维持PTC元件的发热，阻止电机起动绕组在电机正常工作时发生作用，这个维持PTC元件发热的功率消耗通常在3W左右。由于这种电机被广泛应用，这个发热功耗导致了电能的大量浪费。

中国专利ZL200520068558.X公开了一种互感式无触点起动器，用于起动单相交流电机。通过一个电流互感器，采样相关的电流信号，控制双向可控硅的导通，可以控制电流采样***的发热功耗。但是其需要选择适当的电流互感器的参数，达到在电机起动时保证触发双向可控硅，而在电机正常运行时不触发双向可控硅。这个参数的选择就比较困难，需要多次的试凑。而且，真正投入生产时，由于元器件参数的分离性，很难保证上述要求一定能满足。在具体的实践引用中，该电路经常产生误动作，即在电机已经起动之后，双向可控硅还会开通，电路工作不够稳定，导致不必要的损耗。即使电流互感器参数一旦选择好以后，对于不同的电机负载，不具有普遍的适用性，对于不同电机，电流互感器的参数要求不同，所以很难投入到实际的生产应用中去。

中国专利ZL 200710030846.X公开了一种交流电动机起动器，它与交流电机起动绕组串联使用。包含了双向开关电路和计时电路，由整流桥和MOS管组成双向开关电路，由电容、三极管、电阻组成计时电路，控制双向开关电路。虽然该电路可以实现交流电机的起动，但是该电路在起动后，三极管两端承受的电压接近于电源电压，所以必须采用耐压较高的三极管，从而增加了成本。电机起动完成后，三极管处于导通状态，该电流通过电机副绕组、电阻和三极管，会消耗不少的能量，虽然该发明称可以把稳态功耗降到0.5瓦以下，但是根据新的标准，该稳态功耗还是远远没有达到要求。该电路在MOS管的栅极和源极之间没有加稳压管，很容易造成MOS管栅极的损坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种设计合理，结构简单、超低功耗、性能可靠的电机起动器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种超低功耗电机起动器，其特征在于：它包括一个双向可控硅、一个由四个二极管组成的整流桥、一个晶体管、一个稳压二极管以及若干阻容元件；双向可控硅的第一阳极与交流电机副绕组相连，双向可控硅的第二阳极与交流电源、交流电机主绕组以及整流桥的一个桥臂相连，双向可控硅的门极与整流桥的另一个桥臂相连；整流桥的一个直流输出端与第一电阻的一端及第四电阻的一端相连，第一电阻的另一端与第一电容的一端相连，第一电容的两端并联第五电阻和第六电阻的串联电路，第一电容的另一端与稳压二极管、第二电容和第二电阻的并联电路的一端及第三电阻的一端相连，稳压二极管、第二电容和第二电阻并联电路的另一端与晶体管及整流桥的另一个直流输出端相连，第三电阻的另一端与晶体管相连，第四电阻的另一端与晶体管相连。

本发明它还包括一个正温度系数热敏电阻器，所述的正温度系数热敏电阻器的一端与双向可控硅的第二阳极连接，另一端与交流电源、交流电机主绕组以及整流桥的一个桥臂相连。

本发明所述的晶体管为增强型场效应管，增强型场效应管的源极与稳压二极管、第二电容、第二电阻的并联电路相连，增强型场效应管的门极与第三电阻相连，增强型场效应管的集电极与第四电阻相连。

本发明所述的晶体管为绝缘栅双极晶体管，绝缘栅双极晶体管的发射极与稳压二极管、第二电容、第二电阻的并联电路相连，绝缘栅双极晶体管的门极与第三电阻相连，绝缘栅双极晶体管的漏极与第四电阻相连。

本发明与现有技术相比，具有以下明显效果：电子元器件少、电路简单、成本低、性能可靠，整个设计电路的功耗极低，通常只有10毫瓦以下。

附图说明

图1为现有技术的电路图。

图2为本发明实施例1的电路图。

图3为本发明实施例2的电路图。

图4为本发明实施例3的电路图。

图5为本发明实施例4的电路图。

图中：E-交流电源，La-电机主绕组，Lb-电机副绕组，Q1-增强型场效应管，T1-绝缘栅双极晶体管，PTC-正温度系数热敏电阻器，T-双向可控硅，BR-整流桥，DZ-稳压二极管。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

参见图2，本实施例包括一个正温度系数热敏电阻器PTC、一个双向可控硅T、一个由四个二极管D1、D2、D3、D4组成的整流桥BR、一个增强型场效应管Q1、一个稳压二极管DZ以及若干阻容元件。本实施例中，增强型场效应管Q1采用NMOS管，双向可控硅T的第一阳极A1与交流电机副绕组Lb相连，双向可控硅T的第二阳极A2与正温度系数热敏电阻器PTC的一端连接，正温度系数热敏电阻器PTC的另一端与交流电源一端A、交流电机主绕组La以及整流桥BR的一个桥臂相连，双向可控硅T的门极G与整流桥BR的另一个桥臂相连，整流桥BR的一个直流输出端与第一电阻R1的一端及第四电阻R4的一端相连，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端相连，第一电容C1的两端并联第五电阻R5和第六电阻R6的串联电路，第一电容C1的另一端与稳压二极管DZ、第二电容C2和第二电阻R2的并联电路的一端及第三电阻R3的一端相连，稳压二极管DZ、第二电容C2和第二电阻R2并联电路的另一端与增强型场效应管Q1的源极S及整流桥BR的另一个直流输出端相连，第三电阻R3的另一端与增强型场效应管Q1的门极G相连，第四电阻R4的另一端与增强型场效应管Q1的漏极D相连。

在电机开始起动之初，第一电容C1上的电压为零，刚上电时，电流通过交流电源E的一端A、整流桥BR的一条桥臂、第一电阻R1、第一电容C1、稳压二极管DZ、整流桥BR的另一条桥臂、双向可控硅T、电机副绕组Lb回到交流电源另一端B，这条通路给第一电容C1充电，此时稳压二极管DZ工作在稳压状态，NMOS管Q1的门极G有驱动电压，这个电压高于NMOS管Q1的开通电压，于是NMOS管Q1导通。此时电流又通过电源一端A、整流桥BR一条桥臂、第四电阻R4、NMOS管Q1的源极D端，再从漏极S端回到整流桥BR另一桥臂、双向可控硅T、电机副绕组Lb再回到交流电源另一端B。由于这个电流比较大，可以驱动双向可控硅T并使之导通。双向可控硅T导通之后，正温度系数热敏电阻器PTC通电，电机副绕组Lb流过很大电流，此时电机起动。正温度系数热敏电阻器PTC在回路中同时起到保护作用，即使双向可控硅T被击穿，电机副绕组Lb回路和正温度系数热敏电阻器PTC上流过很大的电流，正温度系数热敏电阻器PTC的阻值急剧增大，电机副绕组Lb回路的电流被限制在很小的范围内，可以保护电机不被烧坏，增加了***的安全可靠性。电机起动以后，第一电容C1上的电荷慢慢增多，电压慢慢上升，上升到和交流电源电压相等时，就无法继续充电了，此时稳压二极管DZ两端电压趋向于零，NMOS管Q1门极G驱动电压也趋向于零，NMOS管Q1无法导通，双向可控硅T关闭，电机副绕组Lb回路就被断开。此时电机起动已经完成，起动电路基本处于零功率消耗的状态，唯一的消耗是并联在第一电容C1两端的第五电阻R5、第六电阻R6产生的，因为第一电容C1上的电压很高，第一电容C1通过第五电阻R5、第六电阻R6放电，会消耗一点点功率，但第五电阻R5、第六电阻R6的阻值很大，一般会达到几十兆欧，所以整个电路在起动后的功率消耗很小，一般在10毫瓦以下。断电之后，第一电容C1上的电荷通过第五电阻R5、第六电阻R6放电，在一分钟以内又可以重新充满电荷，再次起动电机了。

本发明的起动时间可以由第一电阻R1控制，增大第一电阻R1可以延长起动时间，减小第一电阻R1可以缩短起动时间，故起动时间调节方便。

本发明采用增强型场效应管Q1管为电压驱动元件，可以避免常用三极管电流放大倍数的离散性大的弊端，驱动稳定性能大为提高。并联在增强型场效应管Q1之间的第二电容C2可以有效地滤除加在门极G的干扰脉冲，可以使增强型场效应管Q1在关断时不至于产生误导通，提高了抗干扰能力。在增强型场效应管Q1的门极G和漏极S之间连接稳压二极管DZ，起到钳位门极电压的作用，使之不至于过压而损坏增强型场效应管Q1。

实施例2：

参见图3，本实施例与实施例1的唯一区别是将实施例1中的增强型场效应管Q1改成绝缘栅双极晶体管（IGBT）T1，绝缘栅双极晶体管T1的发射极E与稳压二极管DZ、第二电容C2、第二电阻R2的并联电路相连，绝缘栅双极晶体管T1的门极G与第三电阻R3相连，绝缘栅双极晶体管T1的集电极C与第四电阻R4相连，其它设计电路与实施例1相同。

实施例3：

参见图4，本实施例与实施例1的唯一区别是将正温度系数热敏电阻器PTC去掉，双向可控硅T的第一阳极A1与交流电机副绕组Lb相连，双向可控硅T的第二阳极A2与交流电源E、交流电机主绕组La以及整流桥BR的一个桥臂相连，双向可控硅T的门极G与整流桥BR的另一个桥臂相连。其它设计电路与实施例1相同。

实施例4：

参见图5，本实施例与实施例2的唯一区别是将正温度系数热敏电阻器PTC去掉，双向可控硅T的第一阳极A1与交流电机副绕组Lb相连，双向可控硅T的第二阳极A2与交流电源E、交流电机主绕组La以及整流桥BR的一个桥臂相连，双向可控硅T的门极G与整流桥BR的另一个桥臂相连。其它设计电路与实施例2相同。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。而且，本发明零部件所取的名称也可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。

Claims (3)

1. 一种超低功耗电机起动器，其特征在于：它包括一个双向可控硅、一个由四个二极管组成的整流桥、一个晶体管、一个稳压二极管以及若干阻容元件；双向可控硅的第一阳极与交流电机副绕组相连，双向可控硅的第二阳极与交流电源、交流电机主绕组以及整流桥的一个桥臂相连，双向可控硅的门极与整流桥的另一个桥臂相连；整流桥的一个直流输出端与第一电阻的一端及第四电阻的一端相连，第一电阻的另一端与第一电容的一端相连，第一电容的两端并联第五电阻和第六电阻的串联电路，第一电容的另一端与稳压二极管、第二电容和第二电阻的并联电路的一端及第三电阻的一端相连，稳压二极管、第二电容和第二电阻并联电路的另一端与晶体管及整流桥的另一个直流输出端相连，第三电阻的另一端与晶体管相连，第四电阻的另一端与晶体管相连；所述的超低功耗电机起动器还包括一个正温度系数热敏电阻器，正温度系数热敏电阻器的一端与双向可控硅的第二阳极连接，另一端与交流电源、交流电机主绕组以及整流桥的一个桥臂相连。

2. 根据权利要求1所述的超低功耗电机起动器，其特征在于：所述的晶体管为增强型场效应管，增强型场效应管的源极与稳压二极管、第二电容、第二电阻的并联电路相连，增强型场效应管的门极与第三电阻相连，增强型场效应管的集电极与第四电阻相连。

3.根据权利要求1所述的超低功耗电机起动器，其特征在于：所述的晶体管为绝缘栅双极晶体管，绝缘栅双极晶体管的发射极与稳压二极管、第二电容、第二电阻的并联电路相连，绝缘栅双极晶体管的门极与第三电阻相连，绝缘栅双极晶体管的漏极与第四电阻相连。

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